一种连续钢桁梁预拱度设置方法及连续钢桁梁与流程

本发明涉及桥梁工程，具体涉及一种连续钢桁梁预拱度设置方法及连续钢桁梁。

背景技术：

1、钢桁梁预拱度设置根据受力方式的不同，通常分为带内力起拱和无内力起拱两种。带内力起拱的特点是形成预拱度的过程中，杆件产生附加内力，主要措施是通过调整下弦杆或上弦杆杆件的制造长度，在主桁杆件强制安装过程中，内力发生重分配，线形发生变化，形成预拱度。无内力起拱的特点是形成预拱度的过程中，杆件基本不产生附加内力，主要措施是通过首先确定叠加预拱度后的上弦杆(或下弦杆)节点的位置，然后通过放样确定下弦杆(或上弦杆)节点的位置。曲线。

2、实际工程中两种起拱方式均有采用，常规钢桁梁的预拱度设置通常采取以上两种方式中的任意一种。带内力起拱方式只需要改变上弦杆或下弦杆杆件的长度，并且通常是通过调整拼接板实现，简化了杆件的制造，但当杆件中的安装内力过大时，需要增加额外的顶拉设施。无内力起拱方式由于每根杆件长度和角度不同，制造难度增大。如专利cn111709066a中公布了带内力起拱方式确定预拱度的一种方法；专利cn111428296b中公布了无内力起拱方式确定预拱度的一种方法。

3、对于一些如边中跨比非常小的连续钢桁梁的特殊情况，为消除边墩支座的负反力，比较经济的措施是成桥时对边支点起顶，但起顶会引起主梁线形的变化，并可能引起安装过程中杆件内力过大的情况。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种连续钢桁梁预拱度设置方法及连续钢桁梁，能够解决现有技术中采用对边支点起顶的方式会引起主梁线形的变化，并可能引起安装过程中杆件内力过大的问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一方面，本发明提供一种连续钢桁梁预拱度设置方法，包括以下步骤：

4、根据设计预拱度曲线，按带内力起拱的方式计算每根弦杆的第一制造长度调整量，根据第一制造长度调整量划分无内力起拱杆件和带内力起拱杆件；

5、根据无内力起拱杆件的第一制造长度调整量，依次确定无内力起拱杆件引起的节点竖向位移，进行线性相加得到无内力预拱度曲线；

6、根据设计预拱度曲线和无内力预拱度曲线，得到带内力预拱度曲线；

7、根据带内力预拱度曲线，确定带内力起拱方式下每根杆件的第二制造长度调整量；

8、根据起拱前杆件设计长度、无内力起拱杆件的第一制造长度调整量和第二制造长度调整量，确定每根弦杆的最终制造长度。

9、在一些可选的方案中，所述的设计预拱度曲线根据以下步骤获得：

10、以主梁设计线形作为初始状态，建立有限元模型，分别计算钢桁梁在恒载和活载作用下的竖向位移，反向得到恒载预拱度曲线；

11、计算1/2静活载作用下的竖向位移，反向得到1/2静活载预拱度曲线；

12、按最不利荷载组合下边支点不出现负反力的原则，计算边支点起顶量和起顶产生的钢桁梁竖向位移，反向得到顶升预拱度曲线；

13、将恒载预拱度曲线、1/2静活载预拱度曲线和顶升预拱度曲线叠加，得到设计预拱度曲线。

14、在一些可选的方案中，所述的按带内力起拱的方式计算每根弦杆的第一制造长度调整量，根据第一制造长度调整量划分无内力起拱杆件和带内力起拱杆件，包括：

15、将有限元模型保留两个中支点的约束，形成静定结构，并增加相应支点处竖向位移为0的约束条件，计算得到每根弦杆的第一制造长度调整量；

16、判断每根弦杆的第一制造长度调整量是否设定大于设定长度调整量，若是，则划分为无内力起拱杆件，若否，则划分为带内力起拱杆件。

17、在一些可选的方案中，所述的根据无内力起拱杆件的第一制造长度调整量，依次确定无内力起拱杆件引起的节点竖向位移，进行线性相加得到无内力预拱度曲线，包括：

18、断开弦杆aiai+1，将弦杆aiai+1对应节点ei两侧的桁架作为刚片，使两侧桁架绕节点ei转动相对转动角度γi，并使弦杆aiai+1的长度变为预拱度施加前设计长度li加上其第一制造长度调整量δi；

19、基于几何关系，根据腹杆长度和弦杆aiai+1调整后长度，确定转动角度γi；

20、根据转动角度γi，确定弦杆aiai+1对应节点ei两侧节点的竖向位移，以及无内力起拱杆件两侧腹杆的角度；

21、将所有无内力起拱杆件引起的节点竖向位移进行线性相加，得到无内力预拱度曲线。

22、在一些可选的方案中，所述的基于几何关系，根据腹杆长度和弦杆aiai+1调整后长度，确定转动角度γi，包括：

23、基于几何关系，确定腹杆长度、弦杆aiai+1调整后长度与转动角度γi的关系：

24、求解得到

25、其中，si为腹杆eiai的设计长度，si+1为腹杆eiai+1的设计长度，θi为腹杆eiai与eiai+1之间的施加预拱度前设计夹角，γi为两侧桁架绕节点ei转动的相对转动角度，li为弦杆aiai+1在预拱度施加前设计长度，δi为弦杆aiai+1的第一制造长度调整量，hi为节点ei到弦杆aiai+1的垂直距离。

26、在一些可选的方案中，所述的根据转动角度γi，确定弦杆aiai+1对应节点ei两侧节点的竖向位移，包括：

27、当弦杆aiai+1位于两个中支点之间时：

28、根据第一侧桁架的绕对应一侧支点的旋转角度为得到弦杆aiai+1引起第一侧桁架上第j个节点的竖向位移

29、根据第二侧桁架的绕其对应一侧支点的旋转角度为得到弦杆aiai+1引起另一侧桁架上第j个节点的竖向位移

30、其中，xr,i为第一侧桁架上到节点ei的距离，xl,i为第二侧桁架到节点ei的距离，xj,i为节点ej到所在桁架支点的距离。

31、在一些可选的方案中，所述的根据转动角度γi，确定弦杆aiai+1对应节点ei两侧节点的竖向位移，还包括：

32、当弦杆aiai+1位于两个中支点跨外的悬臂端时：根据公式确定节点ei两侧桁架上第j个节点的竖向位移vj,i；

33、其中，lj,i为节点ej到节点ei的距离。

34、在一些可选的方案中，根据公式y2＝c-y1，确定带内力预拱度曲线y2，其中，c为设计预拱度曲线，y1为无内力预拱度曲线。

35、在一些可选的方案中，根据公式li,real＝li+δi+δi，确定第i根弦杆的最终制造长度li,real，其中，li为预拱度施加前设计长度，δi为弦杆aiai+1的第一制造长度调整量，δi为带内力预拱度曲线对应带内力起拱方式下第i根杆件的第二制造长度调整量。

36、另一方面，本发明还提供一种连续钢桁梁，其预拱度采用上述任一项所述的连续钢桁梁预拱度设置方法设置。

37、与现有技术相比，本发明的优点在于：本方案根据设计预拱度曲线，按带内力起拱的方式计算每根弦杆的第一制造长度调整量，根据第一制造长度调整量划分无内力起拱杆件和带内力起拱杆件；根据无内力起拱杆件的第一制造长度调整量，依次确定无内力起拱杆件引起的节点竖向位移，进行线性相加得到无内力预拱度曲线；根据设计预拱度曲线和无内力预拱度曲线，得到带内力预拱度曲线；根据带内力预拱度曲线，确定带内力起拱方式下每根杆件的第二制造长度调整量；根据起拱前杆件设计长度、无内力起拱杆件的第一制造长度调整量和内力预拱度曲线对应带内力起拱方式下每根杆件的第二制造长度调整量，确定每根弦杆的最终制造长度。该预拱度设置方法根据第一制造长度调整量划分无内力起拱杆件和带内力起拱杆件，将无内力起拱杆件引起的节点竖向位移，进行线性相加得到无内力预拱度曲线，方便安装和制造，综合考虑了杆件安装和制造两方面的影响因素，综合了无内力起拱和带内力起拱两种方式各自的优点，适用性非常强。